Este módulo solar de perovskita puede contener mejor el plomo dentro de su estructura cuando se agrega una capa de resina epoxi a su superficie. Este enfoque para abordar una preocupación ambiental de larga data ayuda a acercar la tecnología a la comercialización. Crédito:OIST
Una capa protectora de resina epoxi ayuda a prevenir la fuga de contaminantes de las células solares de perovskita (PSC), según científicos de la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST). Agregar un polímero "autorreparable" a la parte superior de un PSC puede reducir radicalmente la cantidad de plomo que descarga en el medio ambiente. Esto da un fuerte impulso a las perspectivas de comercialización de la tecnología.
Con los niveles de dióxido de carbono atmosférico alcanzando sus niveles más altos registrados en la historia, y los fenómenos meteorológicos extremos siguen aumentando en número, el mundo se está alejando de los sistemas de energía heredados que dependen de los combustibles fósiles hacia las energías renovables como la solar. La tecnología solar de perovskita es prometedora, pero un desafío clave para la comercialización es que puede liberar contaminantes como el plomo al medio ambiente, especialmente en condiciones climáticas extremas.
"Aunque los PSC son eficientes para convertir la luz solar en electricidad a un costo asequible, el hecho de que contengan plomo suscita una preocupación medioambiental considerable, "explica el profesor Yabing Qi, jefe de la Unidad de Materiales Energéticos y Ciencias de Superficies, quien dirigió el estudio, publicado en Energía de la naturaleza .
"Si bien vale la pena explorar la tecnología llamada 'sin plomo', aún no ha logrado una eficiencia y estabilidad comparables a los enfoques basados en el plomo. Encontrar formas de utilizar el plomo en los PSC y evitar que se filtre al medio ambiente. por lo tanto, es un paso crucial para la comercialización ".
Probando hasta la destrucción
El equipo de Qi, apoyado por el Programa de Prueba de Concepto del Centro de Innovación y Desarrollo Tecnológico de OIST, Primero exploró los métodos de encapsulación para agregar capas protectoras a los PSC para comprender qué materiales podrían prevenir mejor la fuga de plomo. Expusieron células encapsuladas con diferentes materiales a muchas condiciones diseñadas para simular el tipo de clima al que las células estarían expuestas en la realidad.
Querían probar las células solares en el peor de los casos meteorológicos, para comprender la fuga máxima de plomo que podría ocurrir. Primero, rompieron las células solares con una bola grande, imitando granizo extremo que podría romper su estructura y permitir la filtración de plomo. Próximo, rociaron las células con agua ácida, para simular el agua de lluvia que transportaría el plomo filtrado al medio ambiente.
Usando espectroscopía de masas, el equipo analizó la lluvia ácida para determinar cuánto plomo se escapaba de las células. Descubrieron que una capa de resina epoxi permitía solo una mínima fuga de plomo, órdenes de magnitud más bajas que los otros materiales.
Los investigadores expusieron las células solares a condiciones brutales para simular los peores escenarios climáticos. La adición de un polímero de resina epoxi autorreparable a la celda minimizó la fuga de plomo de la celda. Crédito:OIST
Habilitación de la viabilidad comercial
La resina epoxi también se desempeñó mejor en una serie de condiciones climáticas en las que la luz solar, el agua de lluvia y la temperatura se modificaron para simular los entornos en los que deben operar los PSC. En todos los escenarios, incluyendo lluvia extrema, La resina epoxi superó a los materiales de encapsulación rivales.
La resina epoxi funciona muy bien debido a sus propiedades de "autocuración". Después de que su estructura sea dañada por el granizo, por ejemplo, el polímero reforma parcialmente su forma original cuando se calienta con la luz solar. Esto limita la cantidad de plomo que se escapa del interior de la celda. Esta propiedad de autorreparación podría convertir a la resina epoxi en la capa de encapsulación elegida para futuros productos fotovoltaicos.
"La resina epoxi es sin duda un buen candidato, sin embargo, otros polímeros autorreparables pueden ser incluso mejores, "explica Qi". En esta etapa, nos complace promover los estándares de la industria fotovoltaica, y traer la seguridad de esta tecnología a la discusión. Próximo, podemos basarnos en estos datos para confirmar cuál es realmente el mejor polímero ".
Más allá de las fugas de plomo, Otro desafío será convertir las células solares de perovskita en paneles solares de perovskita. Si bien las células tienen solo unos centímetros de largo, los paneles pueden abarcar unos pocos metros, y será más relevante para los consumidores potenciales. El equipo también dirigirá su atención al desafío de larga data del almacenamiento de energía renovable.
